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10的100次方年后:最后一个黑洞将消失

2017-08-23

《10 ^ 100年后最后一个黑洞将消失》恕小编无能不能用中国话来描述10 ^ 100年(1X10^100)到是多少啊?谁知道来评论区说说呗?

  首先与此相比来说个小数据:

  0、最后一个黑洞还能活N(10 ^ 100)岁

  1、太阳的寿命为100亿(10^ 10)岁(现在只剩50亿年寿命了)

  2、宇宙的年龄为138亿(1.38X10^ 10)岁(当然在黑洞消失前宇宙还是存在的或者说是永久的)

  3、地球诞生了46亿(4.6X10^ 9)年(或将消亡于太阳结束时)

  4、地球生命诞生36(3.6X10^ 9)亿年(再继续的时间难以预测)

  5、植物寿命多为数百岁,动物寿命多为数十岁

  6、人类现在世界平均寿命70岁

  然后我们来比一下最后一个黑洞现在已存在的时间+未来10 ^ 100年寿命(如果这个黑洞是未来才诞生的那将不加),是多么的微不足道啊…我好想变成这个黑洞啊~\(≧▽≦)/~啦啦啦

  下面我们开始正文《黑洞的生长速度比它蒸发的快吗?》

  【博科园-科学科普】黑洞是已知宇宙中质量最大的单一天体,有些甚至是几百万倍甚至数十亿倍太阳的质量。它们是由超大恒星和它们的残体坍缩形成的。任何跨越视界的东西都注定要到达奇点,增加黑洞的质量。广义相对论告诉我们空间是如何被质量弯曲的,而量子场理论告诉我们真空是如何自发地运动的,我们知道黑洞不会永远保持稳定,而是衰减。哪一个会赢:增长还是衰减?


  黑洞的质量是事件视界半径的唯一决定因素,因为这个模拟说明了一个非旋转的孤立的黑洞。图片版权:SXS team; Bohn et al 2015

  想知道为什么黑洞不会因为霍金辐射而蒸发得更快。如果粒子对在太空中到处爆发,包括内部(黑洞)事件视界,并不是所有的粒子都在不久后湮灭,为什么一个(黑洞)不会因为未被湮灭的粒子而缓慢膨胀?

  然而这里有一个误解,现在让我们一起来解读。


点击播放GIF/1820K

  QCD的可视化说明了粒子/反粒子对在量子真空中是如何在很小的时间内跳出来的,这是海森堡不确定性的结果。图片版权:Derek B. Leinweber

  空的空间是一个有趣的地方。在很多方面它一点也不空!当然你可以想象把所有的物质,所有的辐射,所有的能量,甚至所有的曲率都完全脱离空间的区域,直到所有剩下的都接近于“没有”东西,就像我们在宇宙中所能得到的一样。然而即使这样真空的零点能量也不为零。即使你把所有的东西都拿走了,空间本身仍然存在着一种非零的能量。我们可以将其形象化的一种方式是粒子-反粒子对出现在存在其中。

  现在用同样的方法,在那个空间放一个黑洞。


  粒子-反粒子对存在于黑洞的事件视界内外持续存在。当一个由外部创建的对有一个成员出现时,那就是事情变得有趣的时候。图片版权:Ulf Leonhardt of the University of St. Andrews

  在三个区域这些粒子-反粒子对出现:

  1、两个粒子从黑洞外开始存在并在外面重新湮灭。

  2、两个粒子从黑洞的视界开始存在并在内部重新湮灭。

  3、两个粒子都从外面开始,但另一个将逃走。

  或许这过于简单化了,但它是最直观的视觉化方法之一,即使它不能准确地描述霍金辐射的来源,或者它的能量谱是什么。在现实中你所得到的是黑体辐射的光谱——主要是极低能量的光子,这与黑洞视界的大小有关,在黑洞的视界上,较小的黑洞辐射得更快。


  霍金辐射是量子物理学在黑洞视界周围弯曲时空中预测的必然结果。这张图显示的是在视界外产生辐射的能量,也就是说黑洞必须失去质量来补偿。图片版权:E. Siegel

  你必须意识到的是这些“配对”实际上并不存在;他们只计算工具。黑洞内存在的一对黑洞本身不能增加质量,因为总能量在任何时候都是一样的。毕竟粒子-反粒子对的能量来自于它周围的空间,但如果你有来自外部空间的能量,它会导致真正的辐射远离黑洞,能量必须来自黑洞本身,降低质量。这就是霍金辐射工作的原理,这也是黑洞最终衰减的原因。


  黑洞的视界是一个球形或球状的区域,从那里什么都没有,甚至没有光。但在视界之外,黑洞被预测会发出辐射。图片版权:NASA; Jörn Wilms (Tübingen) et al.; ESA

  我们可以量化衰变的速度和辐射的温度,然后发现黑洞以极慢的速度失去质量!太阳质量的黑洞,霍金辐射的当前温度将达到62毫微开尔文并将需要10 ^ 67年蒸发。在我们的银河系中心辐射在15毫微微开尔文 10 ^ 87年蒸发。最大的黑洞将10 ^ 100年蒸发!然而在整个过程中也有物质被吸入黑洞。


  黑洞不是太空中孤立的物体,而是存在于宇宙、星系和恒星系统的物质和能量中。它们的生长是通过吸积和吞噬物质和能量来加速成长的,比从霍金辐射中失去能量更快。图片版权:NASA/ESA Hubble Space Telescope collaboration

  来自其他恒星的物质、宇宙尘埃、星际物质、气体云、甚至从大爆炸遗留下来的辐射和中微子都可以贡献出来。暗物质会与黑洞碰撞,同时也会增加它的质量。是辐射损失的质量当量的许多数量级,比任何此类黑洞吸收的物质量低。但是,可以被吸收的问题是有限度的。

  随着时间的推移,气体被燃烧成恒星,坍塌的物体被喷射到星系际介质中,引力离解将物体分开。它可能需要大约 10 ^ 20 年的某处-100亿倍宇宙的当前年龄-为物质吸收率下落在霍金辐射率之下,但它最终将发生一旦这样黑洞衰减将开始赢得胜利。今天我们所知道的宇宙中的每个黑洞仍然在增长,但是这种增长将达到一个有限的最大值。之后霍金的辐射将会胜利。


  当黑洞在质量和半径上收缩时,霍金辐射就会在温度和能量上变得越来越大。一旦衰变速率超过了生长速率,霍金辐射只会增加温度和能量。图片版权:NASA

  它开始缓慢,但霍金辐射将增加随着时间的推移,特别是当黑洞的质量开始明显萎缩。一旦形成了一个奇点仍然是一个奇点所保持一个事件视界,直到质量趋于零的那一刻。然而黑洞生命的最后一秒, 将导致一个非常具体和非常大的能量释放。当质量下降到228公吨时,这就是准确的信号,确切说的一秒钟仍然存在。事件视界大小将是3.4 x 10 ^-22 米,一个波长的光子的大小比任何粒子的 LHC 所产生的能量更大。但在最后一秒总共 2.05 x 10 ^ 22 焦耳的能量,相当于500万吨 TNT被释放。就好像100万枚核聚变炸弹在一个狭小的空间区域中同时爆炸,这是黑洞蒸发的最后阶段。


  在永恒黑暗的永恒的背景下一束光将会出现,宇宙中最后一个黑洞的蒸发。图片版权:ortega-pictures / pixabay

  这将发生在未来(约10 ^ 100年后)这样一束光将成为整个宇宙中唯一可见的东西。所有的恒星和恒星残骸都将在黑暗中消失很久。即使今天黑洞的生长速度比它们衰变的速度快,但这种情况不会永远持续下去。一旦我们用完不掉的物质或者速率下降到霍金辐射的速度之下,衰变是剩下的唯一的东西,而且它是非常持久的。黑洞会在它们开始正衰减之前生长,直到它们开始衰减的速度比它们生长的速度还要快,甚至在它们消失之前,它们还有难以置信的质量。即使是宇宙中最大规模的黑洞也会蒸发。霍金辐射是宇宙中每个黑洞不可避免的命运。
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来自:630321  > 宇宙
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